[发明专利]一种基于无人机的茶园喷雾系统及喷雾方法

权利要求书

1.一种基于无人机的茶园喷雾系统，其特征在于，包括均设置在无人机上的高光谱遥感相机、微控制器、驱动放大电路、变频器、电动离心喷头和水箱；

所述高光谱遥感相机连接微控制器，将采集到的茶树冠层高光谱图像传送给微控制器，由微控制器根据茶树冠层高光谱图像计算出茶树的叶面积指数；

所述微控制器通过驱动放大电路连接变频器，所述变频器连接电动离心喷头，微控制器根据茶树的叶面积指数控制驱动放大电路的放大倍数，从而控制电动离心喷头转速；

所述电动离心喷头通过管道接通到水箱。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的茶园喷雾系统，其特征在于，还包括流量传感器，所述流量传感器连接微控制器，所述流量传感器设置在电动离心喷头与水箱连接的管道上，用于检测电动离心喷头的喷雾量，并且将检测到电动离心喷头的喷雾量信息传送给微控制器。

3.根据权利要求1所述的基于无人机的茶园喷雾系统，其特征在于，还包括上位机，所述微控制器通过无线通信模块和上位机进行通信连接，将计算出的茶树叶面积指数传送给上位机。

4.根据权利要求1所述的基于无人机的茶园喷雾系统，其特征在于，所述无人机顶端平衡布置着八个旋翼，每个旋翼下端分别连接一个控制旋翼旋转的电机，各电机分别连接微控制器；所述高光谱遥感相机架设在无人机机身下端。

5.一种基于权利要求1所述的基于无人机的茶园喷雾系统实现的基于无人机的茶园喷雾方法，其特征在于，步骤如下：

步骤S1、高光谱遥感相机采集茶树冠层高光谱图像，并且将采集到的茶树冠层高光谱图像传送给微控制器；

步骤S2、微控制器接收到茶树冠层高光谱图像后，根据茶树冠层高光谱图像计算出茶树叶面积指数；

步骤S3、微控制器根据茶树叶面积指数和喷雾量的函数关系计算出茶树当前需要的喷雾量，然后根据茶树当前需要的喷雾量调节驱动放大电路的放大倍数，以通过变频器调节电动离心喷头的转速，使得电动离心喷头按照茶树当前需要的喷雾量进行喷雾。

6.根据权利要求5所述的基于无人机的茶园喷雾方法，其特征在于，还包括建立茶树叶面积指数计算模型的步骤，具体如下：

首先选取多棵茶树构成训练样本集，其中一棵茶树对应训练样本集中的一个训练样本，测定每个训练样本的叶面积指数，同时通过高光谱遥感相机采集每个训练样本的冠层高光谱图像；

然后针对于每个训练样本，对其冠层高光谱图像进行图像处理，提取到RGB和NIR四个通道的灰度平均值，针对RGB和NIR四个通道的灰度平均值进行数学变化后得到训练样本的归一化植被指数；

最后在得到训练样本集中每个训练样本的归一化植被指数后，针对训练样本的归一化植被指数和训练样本的叶面积指数进行相关性分析，得到茶树归一化植被指数和茶树叶面积指数之间的函数关系，从而得到茶树叶面积指数计算模型。

7.根据权利要求6所述的基于无人机的茶园喷雾系统，其特征在于，训练样本的叶面积指数测定过程如下：获取作为训练样本的茶树的占地面积，同时测量该茶树所有叶片的总面积，将该茶树所有叶片的总面积除以该茶树的占地面积即得到该茶树的叶面积指数。

8.根据权利要求6所述的基于无人机的茶园喷雾方法，其特征在于，所述步骤S2中，微控制器接收到茶树冠层高光谱图像后，首先对茶树冠层高光谱图像进行图像处理，提取到RGB和NIR四个通道的灰度平均值，针对RGB和NIR四个通道的灰度平均值进行数学变化后得到归一化植被指数；然后将归一化植被指数代入到茶树叶面积指数计算模型中，通过茶树叶面积指数计算模型计算得到对应茶树的叶面积指数。

9.根据权利要求5所述的基于无人机的茶园喷雾方法，其特征在于，所述步骤S3中所用到的茶树叶面积指数和喷雾量的函数关系为：

Y＝2.456X+5.971；

其中Y为喷雾量，X为茶树叶面积指数。

10.根据权利要求5所述的基于无人机的茶园喷雾方法，其特征在于，设置在电动离心喷头与水箱连接的管道上的流量传感器实时检测电动离心喷头的当前喷雾量，并且将检测到电动离心喷头的当前喷雾量信息传送给微控制器，微控制器将茶树当前需要的喷雾量和电动离心喷头的当前喷雾量进行比较，根据比较结果调节驱动放大电路的放大倍数，以通过变频器调节电动离心喷头的转速，使得电动离心喷头按照茶树当前需要的喷雾量进行喷雾。